氨合成塔設計探討

李超

（勝幫科技股份有限公司上海市張江高科212110）

1 引言

合成氨指由氮和氫在高溫高壓和催化劑存在下直接合成氨，為一種基本無機化工流程。現代化學工業中，氨是化肥工業和基本有機化工的主要原料。氨合成塔是合成氨的核心裝備，其選材、結構設計、加工制造直接影響到裝置的平穩運行以及裝置的安全。本文從以上幾個環節闡述氨合成塔的設計要點及設備制造需要注意的點。

2 設備簡況

2.1 設備參數

設備型式為立式多層包扎高壓容器，具體參數見表1所示。

表1

2.2 設備結構

如圖1所示，設備主要承壓件為內筒、層板、筒體端部、平蓋、球封、底部凸緣、底部三通、電加熱器蓋等。螺紋法蘭密封為透鏡墊，筒體端部與平蓋密封為雙錐環。

圖1

3 氨合成塔各部件材料的選擇

內筒、平蓋、球封、筒體端部操作工況小于200 ℃,設計溫度為200℃，雖然本設備為臨氫狀態下，但是這些部件不會產生氫腐蝕，可選用常規的低合金鋼，內筒和球封材質為Q345R,平蓋和筒體端部為20MnMo鍛件。對于底部三通，因為接觸熱氣體，設計溫度為400℃,超過200℃臨氫狀態下會產生氫腐蝕。本設備氫含量為73%,氫分壓保守的按設計壓力16.5MPa計算，氫分壓為12MPa.通過查HG/T20580～20585標準的納爾遜曲線可知，材料選1Cr5Mo鍛件 。球封底部凸緣下部與內件填料密封接觸部分設計溫度為400℃,為了防止氫腐蝕，需要在內件填料密封接觸部分堆焊不銹鋼，堆焊完成機加工后堆焊層厚度不得小于8mm。對于透鏡墊材料的選擇，設計溫度為200℃的采用20Ⅲ；設計溫度為400℃的考慮抗氫腐蝕采用S30408Ⅲ,并且做Ⅱ級溫度標記。……